CN105274182A - 从发酵液中高效提取l-缬氨酸的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氨基酸提取领域，涉及发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，其包括如下步骤：1)发酵，2)微滤膜过滤，3)蒸发浓缩，4)结晶，5)溶解，6)离子交换，7)超滤膜过滤，8)真空浓缩，9)离心烘干。本发明所述提取工艺与传统工艺相比，采用有机微滤膜、有机超滤膜系统，有机膜相比无机膜，具有柔韧性好、分离选择性较高、易成型、成本较低等优点；采用四效浓缩工艺相比单效浓缩蒸发器，节约蒸汽和冷凝水用量，降低生产成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，属于氨基酸提取工艺领域。
背景技术
L-缬氨酸(L-val)，学名2-氨基-3-甲基丁酸，是人体八大必需氨基酸之一，与L-亮氨酸、L-异亮氨酸统称为支链氨基酸，在医药、调味品、营养添加剂、饲料添加剂等方面有着广泛的应用。
目前，L-缬氨酸的提取方法有沉淀法、全膜法和离子交换法。沉淀法是根据沉淀剂与L-缬氨酸的特异性结合形成沉淀，然后分离提取，该方法具有收率高、操作简便等优点，但存在环境污染高的技术问题；全膜法虽然废水量少，但膜滤法只能去除大量的无机盐离子及大分子的杂蛋白，发酵液中存在的与L-缬氨酸性质相近的氨基酸无法根除，得到的L-缬氨酸杂质偏高；离子交换法是将除去菌体的发酵液调pH为酸性，用强酸性阳离子交换树脂分离L-缬氨酸和杂质氨基酸，最后通过氨水洗脱分离出L-缬氨酸。若提高L-缬氨酸纯度，需采用多级离子交换柱串联提取，这将导致生产过程中生产废水量较大，且采用离子交换法提取收率也较低。目前，单一的提取方法已不能满足氨基酸生产技术的要求，寻求更为经济有效的组合方法来解决这一技术难题。
发明内容
鉴于此，本发明提供从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，使用该方法能显著提高L-缬氨酸产率、收率和纯度，且减少废水排放，减轻企业的环保压力。
为实现上述发明目的，本发明提供如下操作步骤：
从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，其包括如下步骤：
1)发酵，2)微滤膜过滤，3)蒸发浓缩，4)结晶，5)溶解，6)离子交换，7)超滤膜过滤，8)真空浓缩，9)离心烘干。
具体地，所述工艺包括如下步骤：
1)发酵：将乳酸发酵短杆菌ATCC13869种子液，谷氨酸棒杆菌ATCC21670种子液以及枯草芽孢杆菌ATCC21616种子液按照2∶1∶1的体积比混合，然后接入到发酵培养基中，连续发酵60小时，得到发酵液；发酵过程中的温度控制在30℃，pH控制在6.6，控制葡萄糖浓度不低于30g/L；
2)微滤膜过滤：发酵液采用微滤膜过滤，收集滤过液和截留物；所述微滤膜截留分子量5000MV；
3)蒸发浓缩：将步骤2)的滤过液进行蒸发浓缩，浓缩至原料液体积的三分之一，收集浓缩液；
4)结晶：将步骤3)的浓缩液进行结晶，得到L-缬氨酸粗品；
5)溶解：往步骤4)的L-缬氨酸粗品加入去离子水重新溶解得到L-缬氨酸溶液，加水量为粗品质量的40％-120％。
6)离子交换：将步骤5)的L-缬氨酸溶液调pH至4.5，温度20-25℃，强酸离子交换树脂进行离子交换，再用质量分数为2％的稀氨水解析，收集流出液；
7)超滤膜过滤：将步骤6)所得流出液进行超滤膜过滤，截留分子量800MW，收集滤液；
8)真空浓缩：将步骤7)所述滤液加到四效蒸发器中进行真空浓缩，浓缩至滤液体积的八分之一；
9)离心烘干：将步骤8)所得浓缩液进行冷却结晶，离心、烘干制得L-缬氨酸成品。
优选地，所述发酵培养基的组分为：葡萄糖50g/L、玉米浆30g/L、豆粕10g/L、乳糖10g/L、硫酸铵6g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、七水硫酸镁0.1g/L、硫酸锰6mg/L、硫酸亚铁6mg/L、氯化钾6mg/L
本发明的技术方案具有以下突出的优点和独创性：
本发明采用混合菌株发酵，发酵效率大大提高，优于现有发酵菌株。
本发明所述方法与传统工艺相比，本发明L-缬氨酸提取收率在68％左右，纯度经HPLC检测达到99％，达到医药级别标准；而传统工艺L-缬氨酸提取收率在60％左右，纯度经HPLC检测只有95％左右。
本发明采用微滤膜除去菌体及其它大分子物质、有机超滤膜脱色，有机膜具有柔韧性好、分离选择性较高、易成型、成本较低等优点。
本发明技术工艺采用超滤膜脱色代替传统活性炭脱色工艺，使产品透光度和纯度明显提高，提升了产品品质。超滤膜脱色绿色环保，减少操作工序，达到节能减排的目的。
采用四效浓缩工艺代替原有单效浓缩，其蒸气和冷凝水的消耗量大大降低，达到节约蒸汽用量和冷凝水消耗的目的。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
实施例1
从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，其包括如下步骤：
1)按照常规培养三种菌株获得种子液，三种菌株种子液的浓度均为1×108个/ml，将乳酸发酵短杆菌ATCC13869种子液，谷氨酸棒杆菌ATCC21670种子液以及枯草芽孢杆菌ATCC21616种子液按照2∶1∶1的体积比混合，然后按照5％的接种量接入发酵培养基中，连续发酵60小时，得到发酵液；发酵过程中的温度控制在30℃，pH控制在6.6，控制葡萄糖浓度不低于30g/L；
所述发酵培养基的组分为：葡萄糖50g/L、玉米浆30g/L、豆粕10g/L、乳糖10g/L、硫酸铵6g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、七水硫酸镁0.1g/L、硫酸锰6mg/L、硫酸亚铁6mg/L、氯化钾6mg/L；
2)发酵液采用微滤膜过滤，除去菌体蛋白及其它大分子物质，收集滤过液和截留物；所述微滤膜截留分子量5000MV；
3)将步骤2)的滤过液进行蒸发浓缩，浓缩至原料液的1/3-1/4，收集浓缩液；
4)将步骤3)的浓缩液进行结晶，得到含有L-缬氨酸的粗产品；
5)往步骤4)的L-缬氨酸粗品加入去离子水重新溶解得到L-缬氨酸溶液，加水量为粗品质量的40％～120％。
6)将步骤5)的L-缬氨酸溶液调pH至4.5，温度20～25℃，以每小时两倍树脂体积的流速通入强酸离子交换树脂进行离子交换，用质量分数为2％的稀氨水将树脂所吸附的氨基酸解析下来，收集流出液；
7)将步骤6)所得流出液进行超滤膜过滤，截留分子量800MW，过滤面积为1.0m2，温度为30-35℃，收集滤液；
8)将步骤7)所述滤液加到四效蒸发器中进行真空浓缩，四效真空度和温度依次为-0.046MPa、-0.055MPa、-0.072MPa、-0.085Mpa；85℃、74℃、65℃、53℃；浓缩至滤液体积的1/8～1/6为止；
9)将步骤8)所得浓缩液进行冷却结晶，将下沉物离心、烘干制得L-缬氨酸成品。
实施例2
本发明实施例1发酵效率：
采用液相色谱仪检测发酵液中缬氨酸含量，其L-缬氨酸含量平均为8.3％；采用单一的乳酸发酵短杆菌或者谷氨酸棒杆菌发酵为4.9％或3.2％；发酵效率大大提高；采用乳酸发酵短杆菌和谷氨酸棒杆菌联合发酵为7.1％。
提取效率：
本发明L-缬氨酸提取收率在68％左右，纯度经HPLC检测达到99％，达到医药级别标准；而传统工艺L-缬氨酸提取收率在60％左右，纯度经HPLC检测只有95％左右。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.从发酵液中高效提取L-缬氨酸的工艺，其包括如下步骤：
1)发酵，2)微滤膜过滤，3)蒸发浓缩，4)结晶，5)溶解，6)离子交换，7)超滤膜过滤，8)真空浓缩，9)离心烘干。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1)发酵：将乳酸发酵短杆菌ATCC13869种子液，谷氨酸棒杆菌ATCC21670种子液以及枯草芽孢杆菌ATCC21616种子液按照2∶1∶1的体积比混合，然后接入到发酵培养基中，连续发酵60小时，得到发酵液；发酵过程中的温度控制在30℃，pH控制在6.6，控制葡萄糖浓度不低于30g/L；
2)微滤膜过滤：发酵液采用微滤膜过滤，收集滤过液和截留物；所述微滤膜截留分子量5000MV；
3)蒸发浓缩：将步骤2)的滤过液进行蒸发浓缩，浓缩至原料液体积的三分之一，收集浓缩液；
4)结晶：将步骤3)的浓缩液进行结晶，得到L-缬氨酸粗品；
5)溶解：往步骤4)的L-缬氨酸粗品加入去离子水重新溶解得到L-缬氨酸溶液，加水量为粗品质量的40％-120％。
6)离子交换：将步骤5)的L-缬氨酸溶液调pH至4.5，温度20-25℃，强酸离子交换树脂进行离子交换，再用质量分数为2％的稀氨水解析，收集流出液；
7)超滤膜过滤：将步骤6)所得流出液进行超滤膜过滤，截留分子量800MW，收集滤液；
8)真空浓缩：将步骤7)所述滤液加到四效蒸发器中进行真空浓缩，浓缩至滤液体积的八分之一；
9)离心烘干：将步骤8)所得浓缩液进行冷却结晶，离心、烘干制得L-缬氨酸成品。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述发酵培养基的组分为：葡萄糖50g/L、玉米浆30g/L、豆粕10g/L、乳糖10g/L、硫酸铵6g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、七水硫酸镁0.1g/L、硫酸锰6mg/L、硫酸亚铁6mg/L、氯化钾6mg/L。
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